Efficienza energetica un anno dopo. Motori e inverter: opportunità e criticità - 3 giornata sull'Effiicenza Energetica Milano, 20 maggio 2008
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3° giornata sull’Effiicenza Efficienza energetica un
Energetica anno dopo.
Milano, 20 maggio 2008 Motori e inverter:
opportunità e criticità
Nelle puntate precedenti…
La situazione energetica nazionale
Il sistema Paese
! Significativa e critica dipendenza energetica dall’estero
86% energie primarie (petrolio, gas, carbone)
17% energia elettrica, soprattutto da Francia e Svizzera
! Concordata con gli altri membri UE la riduzione del 20% delle
emissioni di CO2 entro il 2020
Il prezzo dell’energia elettrica in alcuni Paesi
La situazione energetica nazionale
Il sistema Paese
! Significativa e critica dipendenza energetica dall’estero
86% energie primarie (petrolio, gas, carbone)
17% energia elettrica, soprattutto da Francia e Svizzera
! Concordata con gli altri membri UE la riduzione del 20% delle
emissioni di CO2 entro il 2020
quindi
! Intensa politica per le energie rinnovabili e il risparmio energetico,
con meccanismi di incentivi per ciascun ambito (certificati
bianchi, verdi, legge finanziaria 2007 e rinnovo fino al 2010)
! Campagne di istituzionali di comunicazione in corso e/o previste
per il 2008
I consumi elettrici dei motori nell’industria italiana
Totale energia elettrica
utilizzata in Italia
Energia elettrica
sciupata con
tecnologie obsolete Energia elettrica
e altamente nell’industria
dissipative italiana
20% 50%
=
Energia elettrica
7,5% del totale!!! utilizzata
per i motori nell’industria
75%
Motori ad alto rendimento
Motori Motori ad alto rendimento e motori EFF1
Motori ad alto rendimento
! Rendimenti superiori a quelli comunemente diffusi
! Non c’è limite di taglie, tipologie o configurazioni
Motori EFF1
! La parte di motori ad alto rendimento che
rispondono ai requisiti del CEMEP
! Esistono motori ad alto rendimento che non
hanno la targhetta EFF1
! Esiston motori che, pur presentando la targa
EFF1, in realtà non lo sono
Campo di applicazione dell’accordo
Motori CEMEP
! Accordo CEMEP
! È un accordo volontario, come tale richiede impegno e correttezza da
parte dei costruttori
! Riguarda solo motori a 400 V, 50 Hz, 2 o 4 poli, da 1,1 a 90 kW
! Definisce livelli di efficienza, il maggiore è EFF1
! Solo i produttori aderenti al CEMEP hanno diritto ad utilizzare il marchio
EFF1 e solo per motori entro le categorie specificate
! Esistono motori di altre taglie, tensioni e numero di poli con efficienze
superiori allo standard di mercato.
Questi non possono essere marcati EFF1 ma possono essere indicati
come “ad alto rendimento”
Motori L’efficienza dei motori
Linee guida Cemep
accordo volontario tra i costruttoriMotori Meno energia dispersa sotto forma di calore
Un motore con basso rendimento scalda di più perché parte della
sua energia è dispersa sotto forma di calore anziché essere
utilizzata per il movimento meccanicoMotori Differenze in un motore EFF 1
Oltre ad un migliore design, la differenza principale di
un motore ad alto rendimento risiede nell’utilizzo di
più materiale e nella sua migliore qualità
Perdite nel ferro (18%) Perdite per ventilazione
- Migliore qualità acciaio e frizione (10%)
-lamine più sottili, pacchi -Ventole più piccole
più lunghi, minore traferro -Migliori cuscinetti
-Rotore bilanciato dinamic.
Perdite nel rotore (24%)
-maggiore sezione
barre di conduzione
e degli anelli
di cortocircuito Perdite addizionali
a pieno carico (14%)
-Ottimizzazione geometria
delle cave
Perdite nel rame dello
statore (34%)
- Ottimizzazione forma delle cave statoriche
- aumentando il volume del rame nello statoreMotori I costi - non un valido pretesto
Life Cycle Cost
100% Costo gestione
(energia)
80%
Costo motore e
60% manutenzione
40%
20%
0%
Dati ENEA 2007
Il costo di acquisto del motore è solo il 1,3% del costo totale della sua vita!
Costi di manutenzione 0,3%
Costi energetici 98,4%Motori Risparmi, investimenti e tempi di payback
! Risparmi con i motori ad alto rendimento
Fino al 10%
! Investimenti
! Limitati
! Interventi frazionabili nel tempo
! Tempi di rientro degli investimenti
Dai 12 ai 36 mesi, in base a
! Potenza
! Ore di funzionamento
! Condizioni vecchio motore
! Altri benefici
! Rinnovo impianto
! Motori EFF1 più robustiInverter
Inverter Cos’è un inverter
Uline Uout
L’inverter varia frequenza e tensione di alimentazione di un
motore elettrico, adeguandone la velocità alle effettive
esigenze del dispositivo a cui è collegatoInverter In questo caso cosa fare
1. Tengo il piede fermo sull’acceleratore e
regolo la velocità azionando energicamente il 30
freno !?
2. Scalo la marcia e riduco la velocità!Inverter Efficienza energetica con inverter
! L’ inverter adatta in tempo reale le performance del motore alle
necessità dell’applicazione
erogando solo la reale potenza richiesta
! Il risparmio ottenibile dipende dal tipo di applicazione in esame…
! …e dalla tipologia di controllo con cui ci si confronta
Performance con Ventilatori Performance con compressoriInverter Risparmio in pompe e ventilatori
! Nelle applicazioni con pompe e ventilatori, l’inverter consente la migliore
efficienza energetica per i sistemi a portata variabile
! Il risparmio effettivo può variare dal 20% al 50% e oltre, il 35% in media
rispetto a sistemi on -off, valvole o serrande, by pass
! Alcuni impianti funzionano a pieno regime (senza regolazione) anche
quando è sovradimensionato
! Nei compressori o altre applicazioni (es. nastri trasportatori, mixer,
estrusori) l’inverter consente risparmi effettivi dal 10% al 30% e oltre, per i
compressori il 15% in media
In Italia**
! Le pompe e i ventilatori sotto i 90 kW sono oltre 2 milioni di cui oggi solo
l’8% regolati da inverter
! Gli inverter sono tecnicamente ed economicamente applicabili ad almeno
un ulteriore 52%
** Studi Save “ VSDs for Electric Motor system” e “ Improving the penetration of EEM and
Drives”Inverter Non solo compressori
! L’utilizzo dell’ inverter consente risparmi considerevoli anche in
applicazioni diverse, ad esempio nastri trasportatori, mixer,
estrusori e compressori
! Il risparmio effettivo può variare da un 10% a un 30% e oltre,
per i compressori il 15% in mediaInverter Risparmi, investimenti e tempi di payback
! Risparmi con gli inverter
Fino al 60% e oltre
! Investimenti
! Limitati
! Interventi frazionabili nel tempo
! Tempi di rientro degli investimenti
Dai 6 ai 18 mesi, in base a
! Potenza
! Ore di funzionamento
! Applicazione (pompe e ventilatori con il massimo risparmio)
! Altri benefici
! Riduzione costi manutenzione impianto
! Migliore regolazione e vita dell’impiantoMotori e inverter… …un anno dopo
Qualcosa si è mosso
Le industrie e il terziario
! Lentamente si avviano gli interventi di efficienza
! Ancora poca chiarezza su incentivi finanziaria e meccanismo
certificati bianchi
nel dettaglio
! Grosse industrie: molto interessate sia per il beneficio
economico sia per il ritorno di immagine
! Piccole e medie industrie: sempre più interessate,
necessitano di supporto per quantificare il risparmio nel
proprio stabilimento
! Terziario e residenziale: si stanno attrezzando, priorità a
cogenerazione, fotovoltaico, o interventi sugli edificiAree di intervento nelle industrie
Un’esperienza da cui prendere spunto
Un’azienda chiedeva supporto per efficienza nei loro impianti
“Siamo già attivi da anni per rendere efficienti i nostri impianti, abbiamo
già installato inverter su tutti i ventilatori che avevano serrande e i
nuovi motori sono EFF1 in specifica. Cos’altro possiamo fare?”
! Alla fine ecco i compiti a casa
! Analizzare vantaggi e ritorni per
#Sostituzione
" tutto il parco installato motori BT (del 1970 !) con EFF1
$#Installazione inverter su pompe
%#Installazione inverter su compressori
&#Installazione inverter su ventilatori velocità fissa (riduzione velocità
all’80%)
'#Installazione inverter su motori in MT
(#Sostituzione trasformatori MT – BT vecchi e di bassa efficienzaEsempi di casi reali
Azienda di produzione
granulati
Motori EFF1Sostituzione vecchi motori ancora funzionanti
! 16 motori di varie potenze (tra 1,5 a 75 kW), funzionanti dalle
2000 alle 2800 ore all’anno - costo energia: 0,13 !/kWh
! Sostituzione con nuovi motori ad alto rendimento (EFF1)
Riepilogo
Consumo vecchia soluzione 725 [MWh/anno]
Consumo con motore EFF1 670 [MWh/anno]
Risparmio energetico 55 [MWh/anno]
Costi energetici vecchia soluzione 94.250 [!/anno]
Costi energetici con motori EFF1 87.100 [!/anno]
Risparmio annuo 7.150 [!/anno]
Costo investimento motori EFF1 14.000 [!]
NPV a 5 anni 16.200 [!]
Tempo di payback 1,9 [anni]
Riduzione emissioni CO2: 27,5 ton/anno
Con gli incentivi della finanziaria: payback 1,5 anni !Esempi di casi reali
Azienda di
falegmameria per
arredamento
Motori EFF1 e InverterLa configurazione iniziale
! Un ventilatore da 30 kW aspira i
trucioli da 4 diverse postazioni di
lavoro
! Il ventilatore funziona a velocità
fissa, al 100% della potenza
nominale, anche con una
necessità parziale di portata
dell’aria Il flusso delle diverse
postazioni è regolato dalle
! Quando una o più postazioni
serrande sulle bocche
sono inattive, le bocchette
d’aspirazione
corrispondenti vengono chiuse e
il flusso d’aria delle postazioni
rimaste attive viene parzializzatoLa soluzione
! Utilizzo di inverter per regolare la
velocità del ventilatore e ridurre la
portata
! Quando una o più postazioni
sono inattive, la bocchetta
corrispondente viene chiusa e il
ventilatore è rallentato per la
minore richiesta di aria
In caso di richiesta parziale della
! Sostituzione anche del motore portata, il ventilatore rallenta e si
con uno nuovo ad alto chiudono solo le bocchette delle
rendimento (EFF1) postazioni inattiveBilancio energetico ed economico
! Funzionamento annuo: 3.000 ore
! Costo energia: 0,18 !/kWh
Riepilogo
Consumo vecchia soluzione 200 [MWh/anno]
Consumo con inverter e motore EFF1 145 [MWh/anno]
Risparmio energetico 55 [MWh/anno]
Costi energetici vecchia soluzione 36.600 [!/anno]
Costi energetici con inverter e motore EFF1 26.100 [!/anno]
Risparmio annuo 10.500 [!/anno]
Costo investimento (inverter + installazione) 6.000 [!]
NPV a 5 anni 39.000 [!]
Tempo di payback < 0,6 [anni]
Riduzione emissioni CO2: 27,5 ton/anno
Con gli incentivi della finanziaria: payback < 6 mesi !Esempi di casi reali
Sistema di
condizionamento di un
ospedale
InverterAnalisi e intervento
! Analisi di 29 ventilatori con motori
da 0.75 a 11 kW
! Funzionamento continuo
(8760 h/anno)
! Sistemi di ventilazione per
! Reparti (blocco operatorio, radiologia,
rianimazione…)
! Laboratori (nucleare, analisi
Intervento
batteriologica, automazione a isole…)
Applicazione di inverter
! Ambulatori (oculistica, dialisi…)
per regolazione sistemi
! Pronto soccorso
di ventilazione
! Sala convegni, cucina, farmacia, atrio,
cappella…
! …Bilancio energetico ed economico
Riepilogo intervento
Consumo vecchia soluzione 1.160 [MWh/anno]
Consumo con inverter 715 [MWh/anno]
Risparmio energetico 445 [MWh/anno]
Costi energetici vecchia soluzione 139.200 [!/anno]
Costi energetici con inverter 85.800 [!/anno]
Risparmio annuo 53.400 [!/anno]
Costo investimento 53.000 [!]
NPV a 5 anni 178.000 [!]
Tempo di payback < 1 anno
Riduzione emissioni CO2 220 ton/anno
Con gli incentivi della finanziaria: payback < 10 mesi !In pratica dove iniziare a cercare il risparmio
! Tutti i motori di bassa tensione, priorità a
! motori funzionanti molte ore all’anno
! motori già riavvolti
! Pompe e ventilatori, priorità a
! applicazioni con flusso parzializzato
(valvole, serrande, on-off)
! applicazioni con funzionamento fisso ma
sistema sovradimensionato
! Compressori, priorità a
! compressori a vite, no revamping di vecchi
compressori frigo
! Motori di media tensione dove è possibile
aggiungere un inverterDubbi e consigli
Aspetti da evidenziare Motori
! I maggiori risparmi non sono necessariamente ottenuti dai
motori più grossi
I vecchi motori di grosse dimensioni possono avere dei buoni
rendimenti, a meno che non siano stati riavvolti, una o più volte
! I motori ad alto rendimento costano più degli altri
Una volta deciso di sostituire i motori vecchi con quelli ad alto
rendimento, non è sempre la scelta migliore selezionare il nuovo motore
solo in base al prezzo: rischiamo di trovarci delle sorprese non gradite
! Sostituzione di un motore guasto
Quando si rompe un motore, conviene comunque sostituirlo con uno ad
alto rendimento, l’investimento è molto ridotto (differenza EFF1 / EFF2)
! Riavvolgimento, quando non conviene
Ogni riavvolgimento riduce di almeno un punto percentuale l’efficienza
del vecchio motore. Se il vecchio motore che si guasta ha più di 5 anni
conviene sostituirlo con uno ad alto rendimentoAspetti da evidenziare Inverter
! Disturbi EMC e armoniche
Gli inverter introducono disturbi che opportuni filtri EMC e reattanze
eliminano o riducono, mantenendo i tempi di rientro dell’investimento
dello stesso ordine di grandezza
! Integrazione impiantistica
Aggiungere gli inverter significa anche ottimizzare il funzionamento degli
impianti. Sono quindi un beneficio anche per i manutentori e non sono
più visti come un possibile elemento di disturbo
! Applicazioni a velocità fissa
Molte delle applicazioni a velocità fissa sono sovradimensionate. Ridurre
la velocità anche solo al 90% della nominale (motore a 45 Hz anziché 50
Hz) consente risparmi con investimenti che si ripagano in un anno
! Compressori
Si sconsiglia il revamping di vecchi compressori frigo. L’inverter
consente risparmi ma il compressore frigo deve prevederlo in
fase di progettoAspetti da evidenziare In generale
! Interventi frazionabili e non invasivi
Con un’adeguata programmazione degli interventi, si può diluire
l’investimento in 2 o 3 anni senza incidere sensibilmente sul bilancio
aziendale, anzi, i risparmi si vedono da subito e consentono ulteriori
investimenti anche in altre direzioni
! Risorse da impiegare
L’efficienza energetica con motori e inverter è estremamente semplice e
può essere considerata parte delle normali attività di manutenzione, non
richiede risorse aggiuntive di personale. È anche possibile farsi
supportare da operatori o aziende con esperienza
! Fermo impianto programmato
Gli interventi possono essere realizzati durante i fermi impianto
programmati. È opportuno organizzarsi in tempo con i fornitori per
garantire la realizzazione delle modifiche entro i tempi previsitiAspetti da evidenziare In generale
! Motor Challenge Programme
Il programma europeo invita a predisporre e
seguire un piano di intervento per efficienza su
sistemi con motori elettrici. Può aiutare a mettere a
fuoco i risparmi e gli interventi prioritari, oltre a
garantire visibilità e immagine
! Finanziaria
Aderire agli incentivi del 20% su costi di acquisto e installazione è
estremamente semplice e non richiede speciali abilità burocratiche
! Certificati bianchi
Oggi anche gli utilizzatori finali possono avviare progetti di efficienza
energetica per l’ottenimento dei certificati bianchi, purché sia
raggiungano almeno 100 TEP di riduzione dei consumi annui (ca 500
MWh/anno). Il valore ottenibile attualmente si può mediamente
quantificare in una percentuale variabile circa dal 3 all’8%
dell’investimento, per 5 anni.Concludendo
Concludendo
L’efficienza energetica è un’opportunità
) Necessaria
) Semplice
) Possibile
) Conveniente
E soprattutto è un dovere sociale…to be continued
Grazie per l’attenzione
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